Una forma libre de agua para hacer MXenes

El descubrimiento podría significar nuevos usos para los prometedores nanomateriales

18.03.2020 - Estados Unidos

Diez años después de producir la primera muestra de la ahora ampliamente estudiada familia de nanomateriales, llamada MXenes, los investigadores de la Universidad de Drexel han descubierto una forma diferente de hacer el material delgado como un átomo que presenta una serie de nuevas oportunidades para su uso. El nuevo descubrimiento elimina el agua del proceso de fabricación de MXenes, lo que significa que los materiales pueden utilizarse en aplicaciones en las que el agua es un contaminante o dificulta el rendimiento, como los electrodos de batería y las células solares de próxima generación.

El descubrimiento, del que se informó recientemente en la revista Chem, ofrece una nueva receta para la solución de grabado químico que talla capas de un material precursor de la cerámica, llamado fase MAX, para crear el material en capas bidimensional, el MXeno.

"El agua se ha utilizado en los procesos de fabricación de MXenios para diluir el ácido de grabado y como disolvente para neutralizar la reacción, pero no siempre es deseable tener rastros de ella en el producto final", dijo Michel Barsoum, PhD, Distinguido profesor de la Escuela de Ingeniería de Drexel. "Hemos estado trabajando durante algún tiempo para explorar otros grabadores para la fase P máxima y ahora hemos encontrado la combinación adecuada de productos químicos para hacerlo".

El asesino invisible que acecha a nuestros productos de consumo

Leer noticia

Los MXenes han llamado la atención recientemente como un material conductor versátil y duradero que podría un día mejorar la tecnología de almacenamiento de energía, permitir la utilización de textiles funcionales y mejorar las telecomunicaciones.

Típicamente, se producen utilizando un ácido concentrado, para tallar las capas atómicas de un material de fase MAX, y luego se lavan con agua - dejando escamas del material de capas 2D que pueden ser presionadas en películas delgadas para microchips y electrodos de batería, o utilizadas para pulverizar antenas de pintura y revestir dispositivos para bloquear la interferencia electromagnética.

El proceso reportado por Barsoum y sus colegas utiliza un solvente orgánico y el fluoruro de dihidrógeno de amonio - una sustancia química comúnmente utilizada para grabar el vidrio - para grabar la fase MAX. Esta solución realiza el grabado, en parte porque se descompone en ácido fluorhídrico, pero no requiere agua para diluirlo o para lavar los subproductos del proceso de grabado.

La fabricación de los MXenes de esta manera altera su estructura química interior de forma que los hace más adecuados para su uso en algunos tipos de baterías y células solares - donde el agua podría ralentizar las reacciones químicas que almacenan y/o convierten la energía, o en algunos casos incluso causar corrosión.

"Los MXenes han mostrado un tremendo potencial para mejorar los dispositivos de almacenamiento de energía, pero este descubrimiento los hace aún más prometedores", dijo Varun Natu, un investigador doctoral en el Colegio de Ingeniería de Drexel y primer autor del artículo. "Se sabe que incluso la más mínima presencia de agua en las baterías de iones de litio o de sodio que utilizan electrolitos orgánicos, puede ser perjudicial para su rendimiento. En este trabajo mostramos que las películas de MXene sintetizadas en carbonato de propileno - cuando se prueban como ánodos en una batería de iones de sodio - exhiben casi el doble de la capacidad de la misma composición grabada en agua. Además, los MXenes pueden ahora integrarse fácilmente con materiales que se degradan en el agua, como ciertos polímeros, puntos cuánticos y perovskitas".

Además de equipar mejor a los MXenes para estas aplicaciones, y otras aún por explorar, el nuevo proceso también permite que la solución de grabado sea recuperada y reutilizada. Esto podría resultar valioso, ya que los investigadores y las empresas buscan la forma más eficiente de ampliar el proceso de producción.

Los investigadores involucrados en este trabajo, incluyendo a Vibha Kalra, PhD, un profesor asociado en el Colegio de Ingeniería, han estado explorando formas de mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías mediante el desarrollo de nuevos tipos de electrodos. Este descubrimiento podría traer nuevas opciones para estos esfuerzos, así como el crecimiento del cuerpo de investigación de MXene de Drexel.

"Este hallazgo abre un nuevo y enorme campo de investigación: El grabado no acuoso de los MXenes. Creemos que este trabajo será útil no sólo para la comunidad de MXenes, sino también para los investigadores de todo el campo de la ciencia de materiales", dijo Barsoum.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.